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电子膨胀阀失效分析和预防
博雷(中国)控制系统有限公司浙江杭州3112002
博雷(中国)控制系统有限公司浙江杭州3112003
摘要:电子膨胀阀的广泛使用,现有的电子膨胀阀已经很难适应制冷系统的
精准控制需求。经过对制冷系统的运行原理进行分析,本文设计出一款既能保证
稳定运行,又能只需通过计算就可以精准控制压差和流量的新型电子膨胀阀。同
时,再根据新设计电子膨胀阀的性能特性设计出一整套新的控制方案,使空调的
运行一直处于最合理状态。新电子膨胀阀虽然在生产加工时难度有所提高,但目
前的生产工艺可以批量生产。新电子膨胀阀及控制方案是一个较大的技术突破,
可以让空调的运行状态提高一个层级。
关键词:电子膨胀阀;失效分析;预防
引言
电子膨胀阀的产品研制工作在国内起步较晚,但其对空调整体舒适性提升明
显(智能控制、智能除霜),生产规模和需求量不断攀升,已成为制冷空调系统
智能化的重要环节,是制冷空调系统优化得以真正实现的重要保证,其本身可靠
性至关重要。电子膨胀阀线圈在实际使用中长期伴随强电冲击,其可靠性设计不
合理易出现绕组打火,甚至击穿,进而影响整个控制系统正常运行。从市场反馈
情况看,一些实验室无法识别的可靠性问题正逐步显现。笔者将通过对市场不良
旧件复核、失效机制分析和模拟试验复现,阐述电子膨胀阀线圈击穿失效问题,
并提出有效的改进措施。
1电子膨胀阀介绍
电子膨胀阀就是一种通过控制步进电机的运转,从而改变阀口的流通面积,
实现制冷系统制冷剂流量调节的执行器件,随着变频空调系统的兴起,被广泛应
用于变频多联机、变频热泵热水器、变频风管机等空调机组。随着用户的增多,
关于电子膨胀阀的售后投诉也相应增加,其中隐藏的问题被慢慢发现,下面主要
谈一下冷媒系统杂质对电子膨胀阀的控制带来的失效分析和设计预防措施。
2电子膨胀阀线圈击穿原因分析
检查不良旧件,发现线圈内孔均存在不同程度的生锈现象,在失效点附近同
样存在锈迹,这说明内部长期积水。从电子膨胀阀实际安装情况看,电子膨胀阀
线圈正上方部位四通阀接管存在冷凝水,水会滴落到电子膨胀阀线圈上,导致电
子膨胀阀线圈长期处于淋水状态。电子膨胀阀线圈现有骨架防水筋槽底厚度偏薄,
线圈包封时对骨架防水筋造成冲击,在伴有高电压热地系统(“热地”是指强电
地与弱电地共用一个地,与之对应的“冷地”是指两者分开接地)中,绝缘耐压
失效。
由于不同材料不同零件间在装配、注塑时会在贴合面上形成间隙通道,水分
可以渗透通过,但正常情况下水分无法越过防水筋进入漆包线部位。线圈内孔由
于存在外包封树脂,进入线圈内部间隙的水分不易蒸发排出,线圈内部长期有水
分存在,在水的不断侵蚀下,骨架和包封防水筋融合部位缺陷被放大,最终导致
水分进入漆包线部位。
3电子膨胀阀阀孔结构优化方案
结构优化一:增加阀体入口倒角设计,原方案阀体无倒角,气流冲击无渐变
过程,在气流冲击作用下易形成涡流。通过对阀体入口倒角处理,实现压力渐变,
降低流速,减小高速气流对阀针的冲击作用。结构优化二:优化阀孔出口数设计,
增加出口阀体受力平衡性。将原有方案的2孔出口调整为均匀4孔出口,气流均
匀向阀体四周流出,提高气流对阀体作用力的平衡性,减小阀体及
4线圈绕线变形失效测试方法
作为主机厂,即电子膨胀阀客户,对线圈做好有效的质量把关才能为广大空
调消费者提供最有利的体验保证。尤其对于不可见的线圈绕线变形异常,在规定
了量化要求(1mm最小绝缘壁厚的要求)的同时,也制定了绝缘壁厚的测试方法,
主要有以下两种:(1)轴向或径向解剖线圈,取出绕线,测量最小绝缘层壁厚。
此方法也是电子膨胀阀厂家所采用的常规测试法,主要用于首检和巡检。该方法
可以有效测量线圈绝缘层壁厚,效率较高,但需要破坏线圈本体,仅可做型式试
验监控手段,如图7所示。(2)采用X光透视,扫描量化测量绝缘层壁厚,如
图8所示。此方法可以不用解剖线圈本体,采用160kV以上的X光透视检测方
法,可以相对清晰地识别绕线变形部位,同时也可以量化最小绝缘层壁厚,可应
用于批量检测监控。通过失效电子膨胀阀线圈剖析,基本确定低温失效原因:线
圈绝缘层热胀冷缩引起绝缘层开裂,冷凝水进入线圈细微的裂缝,使线圈的绝缘
性能降低,导致线圈失效;线圈绕线异常凸起减薄了绝缘层厚度,也加速了线圈
失效。为解决此类失效问题,通常采用的对策有:增加防水帽结构、增加双层绝
缘结构、优化绝缘材质、优化线圈注
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